（课标通用版）2020版高考物理总复习第九章01第1讲磁场的描述磁场对电流的作用课件.pptx

第1讲磁场的描述磁场对电流的作用,一磁场、磁感应强度,二磁感线及其特点,三安培力的大小和方向,基础过关,考点一描述磁场物理量的应用,考点二安培力及安培力作用下导体的运动,考点三安培力作用下导体的力学问题,考点突破,基础过关,一、磁场、磁感应强度1.磁场(1)定义:磁场是磁体、电流周围存在的一种特殊物质。(2)基本性质:磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有力的作用。(3)方向:小磁针的N极所受磁场力的方向。,2.磁感应强度(1)物理意义:描述磁场的强弱和方向。(2)定义式:B=(通电导线垂直于磁场)。(3)方向:小磁针在磁场中静止时N极所指的方向。(4)单位:特斯拉,符号为T。二、磁感线及其特点1.磁感线:在磁场中画出一些曲线,使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致。,2.磁感线的特点(1)磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向。(2)磁感线的疏密程度定性地表示磁场的强弱,在磁感线较密的地方磁场较强,在磁感线较疏的地方磁场较弱。(3)磁感线是闭合曲线,没有起点和终点。在磁体外部,磁感线从N极指向S极;在磁体内部,磁感线由S极指向N极。(4)同一磁场的磁感线不中断,不相交,不相切。,(5)磁感线是假想的曲线,客观上不存在。,3.电流周围的磁场,三、安培力的大小和方向1.安培力(1)方向:根据左手定则判断。(2)大小:由公式F=BIL计算,其中L为通电导线在磁场中的有效长度。如弯曲通电导线的有效长度L等于连接两端点的线段长度,相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端,如图所示。,2.左手定则伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心进入,并使四指指向电流的方向,这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。,1.判断下列说法对错。(1)磁场中某点磁感应强度的大小,跟放在该点的试探电流元的情况无关。()(2)磁场中某点磁感应强度的方向,跟放在该点的试探电流元所受磁场力的方向一致。()(3)垂直磁场放置的线圈面积减小时,穿过线圈的磁通量可能增大。(),(4)小磁针N极所指的方向就是该处磁场的方向。()(5)在同一幅图中,磁感线越密,磁场越强。()(6)将通电导线放入磁场中,若不受安培力,说明该处磁感应强度为零。(),2.关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力,下列说法正确的是(B)A.安培力的方向可以不垂直于直导线B.安培力的方向总是垂直于磁场的方向C.安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关D.将直导线从中点折成直角,安培力的大小一定变为原来的一半,3.如图所示,甲、乙是直线电流的磁场,丙、丁是环形电流的磁场,戊、己是通电螺线管的磁场,试在各图中补画出电流方向或磁感线方向。,答案,考点一描述磁场物理量的应用,考点突破,1.磁感应强度B与电场强度E的比较,2.磁感线与电场线的比较,3.常见磁体的磁感线,4.地磁场的特点(1)在地理两极附近磁场最强,赤道处磁场最弱。(2)地磁场的N极在地理南极附近,地磁场的S极在地理北极附近。(3)在赤道平面附近(地磁场的中性面),距离地球表面相等的各点,地磁场的强弱程度相同,且方向水平。,考向1磁感应强度的求解1.已知地磁场的水平分量为B,利用这一值可以测定某一弱磁场的磁感应强度,如图所示为测定通电线圈中央一点的磁感应强度的实验示意图。实验方法:(1)先将未通电线圈固定于南北方向竖直平面内,中央放一枚小磁针,N极指向北方;(2)给线圈通电,此时小磁针N极指北偏东角后静止。由此可以确定线圈中电流方向(由东向西看)与线圈中央的合磁感应强度大小分别为(),A.顺时针,B.顺时针,C.逆时针,D.逆时针,答案D解析根据题意知通电线圈内部产生的磁场方向水平向东,根据安培定则可得从东向西看线圈中电流方向沿逆时针方向,作出磁感应强度的平行四边形,解得B合=,选项D正确。,考向2磁感线的分布及性质2.如图所示,带负电的金属环绕轴OO以角速度匀速旋转,在环左侧轴线上的小磁针最后平衡时的位置是(C)A.N极竖直向上B.N极竖直向下C.N极沿轴线向左D.N极沿轴线向右,解析负电荷匀速转动,会产生与旋转方向反向的环形电流,由安培定则知,在小磁针处磁场的方向沿轴OO向左。由于小磁针静止时N极指向为磁场方向,可知选项C正确。,考向3地磁场的特点3.中国宋代科学家沈括在梦溪笔谈中最早记载了地磁偏角:“以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也。”进一步研究表明,地球周围地磁场的磁感线分布示意如图。结合上述材料,下列说法不正确的是(),A.地理南、北极与地磁场的南、北极不重合B.地球内部也存在磁场,地磁南极在地理北极附近C.地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行D.地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用,答案C解析由题意可知,地理南、北极与地磁场的南、北极不重合,存在磁偏角,A正确。磁感线是闭合的,再由题图可推知地球内部存在磁场,地磁南极在地理北极附近,故B正确。只有赤道上方附近的地磁场方向与地面平行,故C错误。射向地球赤道的带电宇宙射线粒子的运动方向与地磁场方向不平行,故地磁场对其有力的作用,这是磁场的基本性质,故D正确。选C。,方法技巧,考点二安培力及安培力作用下导体的运动,1.判定导体运动情况的基本思路判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势,首先必须弄清楚导体所在位置的磁场分布情况,然后利用左手定则准确判定导体的受力情况,进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向。,2.五种常用判定方法,例1如图所示,把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方,导线可以自由转动,当导线通入图示方向电流I时,导线的运动情况是(从上往下看)(A)A.沿顺时针方向转动,同时下降,B.沿顺时针方向转动,同时上升C.沿逆时针方向转动,同时下降D.沿逆时针方向转动,同时上升,解析首先用电流元法,把直线电流等效为AO、OO、OB三段(OO段极短)电流元,由于OO段电流元方向与该处磁场方向相反,所以不受安培力作用;AO段电流元所在处的磁场方向斜向上,根据左手定则可知其所受安培力方向垂直于纸面向外;OB段电流元所在处的磁场方向斜向下,同理可知其所受安培力方向垂直纸面向里,综合可知导线将顺时针转动(俯视)。然后应用特殊位置法,以导线转过90后的特殊位置来分析,根据左手定则判得安培力方向向下,故导线在顺时针转动的同时向下运动。,考向1左手定则的应用1.(多选)(2017课标,19,6分)如图,三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距,均通有电流I,L1中电流方向与L2中的相同,与L3中的相反。下列说法正确的是(BC)A.L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直,B.L3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直C.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为11D.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1,解析因三根导线中电流相等、两两等距,则由对称性可知两两之间的作用力大小均相等。因平行电流间同向吸引、反向排斥,各导线受力如图所示,由图中几何关系可知,L1所受磁场作用力F1的方向与L2、L3所在平面平行,L3所受磁场作用力F3的方向与L1、L2所在平面垂直,A错误,B正确。设单位长度的导线两两之间作用力的大小为F,则由几何关系可得L1、L2单位长度所受的磁场作用力大小为2Fcos60=F,L3单位长度所受的磁场作用力大小为2Fcos30=F,故C正确,D错误。,考向2对安培力公式的理解2.(2018河北唐山模拟)将长为L的导线弯成六分之一圆弧,固定于垂直纸面向外、大小为B的匀强磁场中,两端点A、C连线竖直,如图所示。若给导线通以由A到C、大小为I的恒定电流,则导线所受安培力的大小和方向是(D)A.ILB,水平向左B.ILB,水平向右,C.,水平向右D.,水平向左,解析弧长为L,圆心角为60,则弦长AC=,导线受到的安培力F=BIl=,由左手定则可知,导线受到的安培力方向水平向左。,考向3导线与磁体之间相对运动3.如图所示,一通电金属环固定在绝缘的水平面上,在其左端放置一可绕中点O自由转动且可在水平方向自由移动的竖直金属棒,中点O与金属环在同一水平面内。当在金属环与金属棒中通有图示方向的电流时,则(),A.金属棒始终静止不动B.金属棒的上半部分向纸面外转,下半部分向纸面里转,同时靠近金属环C.金属棒的上半部分向纸面里转,下半部分向纸面外转,同时靠近金属环D.金属棒的上半部分向纸面里转,下半部分向纸面外转,同时远离金属环,答案B解析由通电金属环产生的磁场特点可知,其在金属棒的上半部分处产生有水平向左的磁场分量,由左手定则可判断金属棒的上半部分受到方向垂直纸面向外的安培力,故向纸面外转;同理可判断金属棒的下半部分向纸面里转。然后应用特殊位置法分析,以金属棒转动到水平面的特殊位置来分析,由同向电流相吸、反向电流相斥可知,金属棒要靠近金属环,B正确。,考点三安培力作用下导体的力学问题,1.通电导线在磁场中的平衡和加速问题的分析思路(1)选定研究对象;(2)变三维为二维,即画出侧视图、剖面图或俯视图等,并画出平面受力分析图,其中安培力的方向要注意F安B、F安I;(3)列平衡方程或应用牛顿第二定律列方程进行求解。,2.安培力做功的特点和实质(1)安培力做功与运动路径有关。(2)安培力做功的实质是能量转化安培力做正功时将电能转化为导线的动能或其他形式的能。安培力做负功时将其他形式的能转化为电能后储存起来或转化为其他形式的能。,例2如图,一长为10cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中;磁场的磁感应强度大小为0.1T,方向垂直于纸面向里;弹簧上端固定,下端与金属棒绝缘。金属棒通过开关与一电动势为12V的电池相连,电路总电阻为2。已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5cm;闭合开关,系统重新平衡后,两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3cm。重力加速度大小取10m/s2。判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向,并求出金属棒的质量。,解析依题意,开关闭合后,电流方向为从b到a,由左手定则可知,金属棒所受的安培力方向为竖直向下。开关断开时,两弹簧各自相对于其原长的伸长量为l1=0.5cm,由胡克定律和力的平衡条件得2kl1=mg式中,m为金属棒的质量,k是弹簧的劲度系数,g是重力加速度的大小。开关闭合后,金属棒所受安培力的大小为F=ILB,答案见解析,式中,I是回路电流,L是金属棒的长度。两弹簧各自再伸长l2=0.3cm,由胡克定律和力的平衡条件得2k(l1+l2)=mg+F由欧姆定律有E=IR式中,E是电池的电动势,R是电路总电阻。联立式,并代入题给数据得m=0.01kg。,考向1安培力作用下导体的平衡问题1.如图所示,在水平地面上固定一对与水平面倾角为的光滑平行导电轨道,轨道间的距离为l,两轨道底端的连线与轨道垂直,顶端接有电源。将一根质量为m的直导体棒ab放在两轨道上,且与两轨道垂直。已知通过导体棒的恒定电流大小为I,方向由a到b,重力加速度为g,在轨道所在空间加一竖直向上的匀强磁场,使导体棒在轨道上保持静止。,(1)求磁场对导体棒的安培力的大小;(2)如果改变导轨所在空间的磁场方向,试确定使导体棒在轨道上保持静止的匀强磁场磁感应强度B的最小值和方向。,答案(1)mgtan(2)垂直轨道平面斜向上,解析(1)导体棒受力如图所示根据共点力平衡条件可知,磁场对导体棒的安培力的大小F安=mgtan。,(2)要使磁感应强度最小,则要求安培力最小。根据受力情况可知,最小安培力F安min=mgsin,方向平行于轨道斜向上所以最小磁感应强度Bmin=根据左手定则可判断出,此时的磁感应强度的方向为垂直轨道平面斜向上。,考向2安培力作用下导体的运动问题2.如图所示,光滑的金属轨道分水平段和圆弧段两部分,O点为外侧圆弧的圆心。两金属轨道之间的宽度为0.5m,匀强磁场方向如图所示,大小为0.5T。质量为0.05kg、长为0.5m的金属细杆置于金属轨道上的M点。当在金属细杆内通以2A的恒定电流时,金属细杆可以沿轨道由静止开始向右运动。已知MN=OP=1m,则(g取10m/s2)(),A.金属细杆开始运动时的加速度大小为5m/s2B.金属细杆运动到P点时的速度大小为5m/sC.金属细杆运动到P点时的向心加速度大小为10m/s2D.金属细杆运动到P点时对每一条轨道的作用力大小为0.75N,答案D解析金属细杆在水平方向受到安培力作用,安培力大小F安=BIL=0.520.5N=0.5N,金属细杆开始运动时的加速度大小为a=10m/s2,选项A错误;金属细杆从M点到P点的运动过程,安培力做功W安=F安(MN+OP)=1J,重力做功WG=-mgON=-0.5J,由动能定理得W安+WG=mv2,解得金属细杆运动到P点时的速度大小为v=m/s,选项B错误;金属细杆运动到P点时的向心加速度大小为a=20m/s2,选项C错误;在P点金属细,杆受到轨道水平向左的作用力F、水平向右的安培力F安,由牛顿第二定律得F-F安=,解得F=1.5N,每一条轨道对金属细杆的作用力大小为0.75N,由牛顿第三定律可知金属细杆运动到P点时对每一条轨道的作用力大小为0.75N,选项D正确。,考向3安培力作用下的功能关系3.如图所示,在水平放置的平行导轨一端架着一根质量m=0.04kg的金属棒ab,导轨另一端通过开关与电源相连。该装置放在高h=20cm的光滑绝缘垫块上。当有竖直向下的匀强磁场时,接通开关金属棒ab会被抛到距垫块右端水平位移s=100cm处。试求开关接通后安培力对金属棒做的功。(g取10m/s2),答案0.5J,解析设从接通开关到金属棒离开导轨的短暂时间内,安培力对金属棒做的功为W,金属棒离开导轨右端时的速度为v。由动能定理得W=mv2设金属棒做平抛运动的时间为t,则在竖直方向有h=gt2在水平方向有s=vt联立各式解得W=0.5J。,方法总结,磁感应强度的叠加原理例3(2017课标,18,6分)如图,在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中,两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置,两者之间的距离为l。在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时,纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零。如果让P中的电流反向、其他条件不变,则a点处磁感应强度的大小为(C),热点题型探究,A.0B.B0C.B0D.2B0,答案两导线中通电流I时,两电流在a点处的磁感应强度与匀强磁场的磁感应强度的矢量合为0,则两电流磁感应强度的矢量和为-B0,如图甲得